(57)【要約】【課題】  ポリゴンミラーの回転数が５０，０００ｒｐｍ以上の超高速回転になり、且つ数千時間の耐久性が要求されても、ポリゴンミラーのずれを防止でき、且つ充分な耐久性が得られる光偏光装置。【解決手段】  ベース部材と、正多角形に形成されて各周面に反射面を有するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーを保持して前記ベース部材に対して回転するフランジ部材と、前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧する押圧部材と、を備えた光偏光装置において、前記ポリゴンミラーは、前記押圧部材によって前記フランジ部材に押圧される押圧力より強い押圧力で予め前記フランジ部材に押圧された後、前記押圧部材によって押圧、保持されていること。【選択図】        図４
2005121692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、
正多角形に形成されて各周面に反射面を有するポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーを保持して前記ベース部材に対して回転するフランジ部材と、
前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧する押圧部材と、
を備えた光偏光装置において、
前記ポリゴンミラーは、前記押圧部材によって前記フランジ部材に押圧される押圧力より強い押圧力で予め前記フランジ部材に押圧された後、前記押圧部材によって押圧、保持されていることを特徴とする光偏光装置。
【請求項２】
前記ポリゴンミラーと当接する前記フランジ部材の当接面が粗面加工されていることを特徴とする請求項１に記載の光偏光装置。
【請求項３】
前記ポリゴンミラーと前記フランジ部材との当接面に接着剤層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光偏光装置。
【請求項４】
前記ポリゴンミラーと当接する前記フランジ部材の当接面が粗面加工されていて、前記ポリゴンミラーと前記フランジ部材との当接面に接着剤層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光偏光装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光偏光装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
ベース部材と、
正多角形に形成されて各周面に反射面を有するポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーを保持して前記ベース部材に対して回転するフランジ部材と、
前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧する押圧部材と、
を備えた光偏光装置の製造方法において、
前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に装着する工程と、
前記押圧部材が前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧する押圧力より強い押圧力で前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧する工程と、
前記押圧部材により前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧、保持する工程と、を備えたことを特徴とする光偏光装置の製造方法。
【請求項７】
前記ポリゴンミラーと当接する前記フランジ部材の当接面を粗面加工する工程を備えたことを特徴とする請求項６に記載の光偏光装置の製造方法。
【請求項８】
前記ポリゴンミラーと前記フランジ部材との当接面に接着剤層を設ける工程を備えたことを特徴とする請求項６に記載の光偏光装置の製造方法。
【請求項９】
前記ポリゴンミラーと当接する前記フランジ部材の当接面を粗面加工する工程と、
前記ポリゴンミラーと前記フランジ部材との当接面に接着剤層を設ける工程と、
を備えたことを特徴とする請求項６に記載の光偏光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの諸機能を備えた複合機等の画像形成装置、及びバーコードリーダー等に用いられる光偏光装置、該光偏光装置を備えた画像形成装置、並びに光偏光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザービームプリンタやデジタル複写機等の電子写真方式による画像形成装置においては、感光体ドラムに画像を書き込むために光ビーム操作を行う光偏光装置が用いられている。かかる光偏光装置においては、読み取った情報を基に、レーザー光を光偏光装置における高速回転するポリゴンミラーに入射させ、その反射光を走査して感光体に投影し、画像記録を行っている。このようなポリゴンミラーを用いた光偏光装置が多数の特許公報に開示されている。この一例として、図６に示す光偏光装置がある。（特許文献１参照）
以下に、図６を参照して、特許文献１に記載の光偏光装置について説明する。
【０００３】
正多角形に形成された外周面にレーザー光を反射して偏光するための反射面７２ａを設けたポリゴンミラー７２は、外筒軸受７３と一体化したフランジ部材７１に挿着され、押さえ板７５により支持された板バネ７４によって押圧されてフランジ部材７１に保持され一体化し、ミラーユニット７０を形成している。一方、ベース部材６０には、外筒軸受７３とラジアル方向に嵌合する内筒軸受６５と、外筒軸受７３とスラスト方向に当接する上スラスト軸受６６と下スラスト軸受６４とが挿着され、ネジ６８によって固定された固定板６７によってスラスト方向に位置決めされている。また、ベース部材６０には、固定ヨーク６１が固定され、更にマグネットコイル６２が配置されたプリント配線基板６３が固定されている。一方、フランジ部材７１にはマグネットコイル６２と対向する磁石７７が固定されている。
【０００４】
これにより、マグネットコイル６２に通電すると磁石７７との相互作用によって、ミラーユニット７０は各軸受を介してベース部材６０に対して高速回転する。
【０００５】
ここで、ポリゴンミラー７２は被保持面７２ｂ（加工基準面）にてフランジ部材７１の保持面７１ｃにより保持されているが、被保持面７２ｂはポリゴンミラー７２の反射面７２ａの倒れ角を良好な値にするために高精度に加工する必要があり、従来は保持面７１ｃ及び被保持面７２ｂの表面粗さ（Ｒｙ）が１μｍ以下の鏡面になるように機械加工していた。ところが、このように鏡面加工された保持面７１ｃ及び被保持面７２ｂを当接させてポリゴンミラー７２とフランジ部材７１を固定すると、ポリゴンミラー７２の内径とフランジ部材７１の外径との間には挿着組立するための間隙があるため、高速回転による遠心力でポリゴンミラー７２がずれてしまい、ミラーユニット７０が回転するときにバランスが悪くなって振動が増加してしまう恐れがあった。
【０００６】
そこで、特許文献１においては、保持面７１ｃと被保持面７２ｂの一方、または両方の表面粗さ（Ｒｙ）が、３μｍ≦Ｒｙ≦２０μｍとなるように、表面処理を施している。なお、ＲｙはＪＩＳＢ０６０１で定義される最大高さである。このように構成することにより、高速回転した場合にポリゴンミラー７２に遠心力が作用しても、保持面７１ｃと被保持面７２ｂとの間に生ずる摩擦力によって、ポリゴンミラー７２はずれ難くなり、不要に振動しなくなった。
【特許文献１】特開２００２−４８９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年は画像記録の高速化や高精密化が要求され、このためにポリゴンミラーもより高速で回転することが必要になってきた。そして、ポリゴンミラーの回転数が５０，０００以上のの超高速回転になっても、ポリゴンミラーのずれがなく、且つ充分な耐久性を有することが要求されるようになった。
【０００８】
この点において、前述の特許文献１に記載の発明ではポリゴンミラーの回転数が５０，０００ｒｐｍ程度まではポリゴンミラーのずれを防止できるが、５０，０００ｒｐｍを超えるとポリゴンミラーのずれが発生する恐れがあることが、発明者の検討により判明した。
【０００９】
また、近年は数千時間から１万時間程度の耐久性が要求されるが、この点でも特許文献１に記載の発明では不充分であった。
【００１０】
一方、ポリゴンミラーがずれないようにするためには、図５に示す保持面７１ｃと被保持面７２ｂとの摩擦力を増す必要があり、このために板バネ７４による押圧力を強くすることが考えられる。しかし、発明者の検討により、押圧力が１５０Ｎを超えるとポリゴンミラーの反射面が歪んでしまい、感光体ドラムに記録した画像が劣化することが分かった。なお、画像が劣化しないためには、ポリゴンミラーの反射面の平面性はλ／４（λ＝６３３ｎｍ）より良好である必要がある。
【００１１】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、ポリゴンミラーの回転数が５０，０００ｒｐｍ以上の超高速回転になり、且つ数千時間の耐久性が要求されても、ポリゴンミラーのずれを防止でき、且つ充分な耐久性が得られる光偏光装置、画像形成装置、及び光偏光装置の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は下記の何れかの手段によって達成される。
（１）ベース部材と、正多角形に形成されて各周面に反射面を有するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーを保持して前記ベース部材に対して回転するフランジ部材と、前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧する押圧部材と、を備えた光偏光装置において、前記ポリゴンミラーは、前記押圧部材によって前記フランジ部材に押圧される押圧力より強い押圧力で予め前記フランジ部材に押圧された後、前記押圧部材によって押圧、保持されていることを特徴とする光偏光装置。
（２）ベース部材と、正多角形に形成されて各周面に反射面を有するポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーを保持して前記ベース部材に対して回転するフランジ部材と、前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧する押圧部材と、を備えた光偏光装置の製造方法において、前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に装着する工程と、前記押圧部材が前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧する押圧力より強い押圧力で前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧する工程と、前記押圧部材により前記ポリゴンミラーを前記フランジ部材に押圧、保持する工程と、を備えた光偏光装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の光偏光装置、請求項６の光偏光装置の製造方法によれば、ポリゴンミラーとフランジ部材が僅かに食い込んで密着することで、ポリゴンミラーの回転数が５０，０００ｒｐｍ以上の超高速回転になり、且つ数千時間の耐久性が要求されても、ポリゴンミラーのずれを防止できる。また、ポリゴンミラーは一時的に強く押圧されても、組立後はより弱い押圧力で押圧されるので、ポリゴンミラーの反射面の平面性は良好に保持される。
【００１４】
請求項２の光偏光装置、請求項７の光偏光装置の製造方法によれば、粗面加工によりポリゴンミラーとフランジ部材との食い込み量が増大するので、上記の効果がより大きくなる。
【００１５】
請求項３，４の光偏光装置、請求項８，９の光偏光装置の製造方法によれば、接着剤の膜厚が薄くなるので、接着剤のクリープ現象で生ずるポリゴンミラーのずれがより小さくなる。
【００１６】
請求項５の画像形成装置によれば、上記各効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
先ず、光偏光装置を有するビーム走査光学装置の一実施の形態を、図１を参照して説明する。
【００１８】
図１において、１はポリゴンミラー１ａを備えた光偏光装置、２は半導体レーザ、３はビーム整形用光学系のコリメータレンズ、４は第１シリンドリカルレンズ、５，６はｆθレンズ、７は第２シリンドリカルレンズ、８はミラー、９はカバーガラス、１０は感光体ドラムをそれぞれ示している。また、１１は同期検知用のインデックスミラー、１２は同期検知用のインデックスセンサである。
【００１９】
半導体レーザ２から出射したビーム光は、コリメータレンズ３により平行光となり、第１結像光学系の第１シリンドリカルレンズ４を経て、光偏光装置１において等速で高速回転するポリゴンミラー１ａの反射面に入射する。ポリゴンミラー１ａの反射面で反射した反射光はｆθレンズ５，６、第２シリンドリカルレンズ７から成る第２結像光学系を透過し、ミラー８、カバーガラス９を介して感光体ドラム１０の周面上に所定のスポット径で主走査が行われる。主走査方向は図示しない調整機構によって微調整がなされ、１ライン毎の同期検知は走査開始前のビームをインデックスミラー１１を介してインデックスセンサ１２に入射することによって行われる。
【００２０】
かかるビーム走査光学装置において、感光体ドラム１０上に良好な潜像を得るためには、ポリゴンミラー１ａが正多角形に形成されて複数の高精度の反射面を有していて、回転軸に対して傾きなく、且つ回転軸方向への位置ずれがなく高速回転することが求められる。
【００２１】
次に、前述のビーム走査光学装置に搭載される光偏光装置について、図２を参照して詳細に説明する。図２は光偏光装置の縦断面図である。
【００２２】
２０はベース部材であり、アルミニュウム等の金属から形成されて後述する各部材を保持し、前述のビーム走査光学装置に固定される。ベース部材２０の上面には固定ヨーク２１が固定され、更に複数のマグネットコイル２２が同一面上に配置されたプリント配線基板２３が固定されている。
【００２３】
３１はフランジ部材であり、アルミニュウム、真鍮若しくはステンレス等から形成されて、円盤状のフランジ３１ａと、円筒状の円筒部３１ｂとからなり、フランジ３１ａの下面にはポリゴンミラー３２を保持する保持面３１ｃを有している。そして、フランジ部材３１における円筒部３１ｂの中央に設けた孔に、外筒軸受３３を焼き嵌めや圧入によって嵌入し一体化する。
【００２４】
ポリゴンミラー３２はアルミニュウム等の金属により高精度の正多角形に形成されていて、各周面にレーザー光を反射して偏光するための反射面３２ａを設けている。このポリゴンミラー３２をフランジ部材３１における円筒部３１ｂの外周部に挿入し、保持面３１ｃにポリゴンミラー３２の被保持面３２ｂを当接させる。なお、ポリゴンミラー３２の被保持面３２ｂは反射面３２ａを加工するときの基準面でもあり、鏡面加工されている。
【００２５】
続いて、円筒部３１ｂの外周部にステンレス鋼板、リン青銅鋼板若しくはベリリウム鋼板をプレス加工して形成した板バネ３４（押圧部材）を挿入し、ミラー押さえ板３５を小ねじ３６によってフランジ部材３１の円筒部３１ｂに締結固定する。これによって、板バネ３４がポリゴンミラー３２を押圧し、ポリゴンミラー３２の被保持面３２ｂがフランジ部材３１の保持面３１ｃに圧着するが、過大な応力がポリゴンミラー３２に付加されることがなく、ポリゴンミラー３２の変形が防止されている。
【００２６】
また、ミラー押さえ板３５の下部には、マグネットコイル２２と対向して回転トルクを発生させる永久磁石３７が接着剤によって接着されている。
【００２７】
このようにして、フランジ部材３１、ポリゴンミラー３２、外筒軸受３３、板バネ３４、ミラー押さえ板３５、小ネジ３６及び永久磁石３７によってミラーユニット３０が構成されている。
【００２８】
一方、ベース部材２０の中央には軸部２０ａが立設していて、軸部２０ａに下スラスト軸受２４を嵌入し、更に、内筒軸受２５を嵌入する。続いて、内筒軸受２５にミラーユニット３０の外筒軸受３３を嵌入し、軸部２０ａに上スラスト軸受２６を嵌入して、プレート２７を貫通した小ねじ２８を軸部２０ａに螺着して固定する。なお、内筒軸受２５、外筒軸受３３、下スラスト軸受２４及び上スラスト軸受２６は、アルミナ、窒化珪素等のセラミックにより形成されている。
【００２９】
このようにして、ミラーユニット３０を保持する外筒軸受３３は、内筒軸受２５によってラジアル軸受が形成されてラジアル動圧回転が行われ、下スラスト軸受２４と上スラスト軸受２６によってスラスト軸受が形成されてスラスト動圧回転が行われる。そして、動圧発生溝が下スラスト軸受２４の軸受面、上スラスト軸受２６の軸受面若しくは内筒軸受２５の外周面の少なくとも何れか一つに形成されている。このために、高速回転によって発生する風が動圧発生溝に流入して、動圧発生溝にて生ずる強力な風圧によって固定した各軸受と外筒軸受３３との間に３〜１０μｍ程度の間隙が生じ、両者の間の抵抗が減少するので、ミラーユニット３０は非接触状態になって円滑な高速回転が可能になる。
【００３０】
以上の如く光偏光装置が形成されるが、ミラーユニット３０が高速回転するので、気流の乱れによる耳障りな風切り音や、振動による騒音が発生する。特に、静粛が要求されるオフィス等では静音化対策が必要である。そこで、ベース部材２０に対向するカバーを設け、ミラーユニット３０等を被覆することが望ましい。
【００３１】
次に、ミラーユニット３０の製造方法を図３及び図４を参照して説明する。図３はミラーユニット３０の拡大図、図４はハンドプレスの側面図である。なお、図３のミラーユニット３０は図２のミラーユニット３０に対して逆さで、且つ右半分のみを描いてある。
【００３２】
先ず、外筒軸受３３は、予め上端面３３ａ及び下端面３３ｂが中心軸に対して直角になるように鏡面加工されていて、且つ、内周面３３ｃ及び外周面３３ｄは中心軸に対して同心となるように鏡面加工されている。この外筒軸受３３をフランジ部材３１の中央の孔に嵌入し、焼き嵌め、圧入若しくは接着によって双方を一体化する。
【００３３】
次に、フランジ部材３１の保持面３１ｃを外筒軸受３３の上端面３３ａ若しくは下端面３３ｂを基準にして、上端面３３ａ及び下端面３３ｂと平行面となるように平面加工する。これにより外筒軸受３３の回転軸と垂直な保持面３１ｃが得られる。
【００３４】
続いて、ポリゴンミラー３２をフランジ部材３１の円筒部３１ｂに挿入し、図４に示すハンドプレス５１の受け台５１ａの上に、一体化した外筒軸受３３、ポリゴンミラー３２及びフランジ部材３１を載置する。更に、ポリゴンミラー３２の上にポリゴンミラー押圧部材５２を載置する。そして、ハンドプレス５１の握り部５１ｂを握って、下方に回動操作すれば、駆動部５１ｃが下降して、ポリゴンミラー押圧部材５２を押圧するので、ポリゴンミラー３２はポリゴンミラー押圧部材５２によってフランジ部材３１に押圧される。すると、ポリゴンミラー３２の被保持面３２ｂがフランジ部材３１の保持面３１ｃに圧着され、双方の表面の微細な凹凸によって被保持面３２ｂは保持面３１ｃに僅かに食い込む。
【００３５】
ここで、ポリゴンミラー押圧部材５２はストレインゲージ等の圧力センサを内蔵しているので、接続した電圧計５３によって押圧力を換算、判読することができる。この押圧力は１５０Ｎ〜３００Ｎが望ましく、組み立て後の板バネ３４の押圧力より強い必要がある。
【００３６】
最後に、板バネ３４をフランジ部材３１の円筒部３１ｂに挿入し、小ねじ３６によってミラー押さえ板３５をフランジ部材３１の円筒部３１ｂに締結固定する。なお、このときの板バネ３４の押圧力は７０Ｎ〜１００Ｎであることが望ましい。
【００３７】
なお、フランジ部材３１の保持面３１ｃ以外をマスキングしてブラスト処理を施し、保持面３１ｃを粗面に加工すれば、ハンドプレス５１によってポリゴンミラー３２の被保持面３２ｂは保持面３１ｃに、より深く食い込むことになる。さらに、粗面加工と接着を併用することで、各部材の表面の凹凸のくいこみと、わずかな空隙の接着固定によりさらに効果がある。
【００３８】
ここで、ポリゴンミラー３２をフランジ部材３１に押圧しないときと押圧したときとの実験データを表１に示す。
【００３９】
【表１】
2005121692.tif 000003
【００４０】
なお、この実験において、フランジ部材３１の保持面３１ｃにはブラスト処理が施されている。
【００４１】
また、反射面の平面性は、６面の反射面のうち最も悪い面の値であり、λは６３３ｎｍである。
【００４２】
組立後の厚みは、組立後のフランジ部材３１とポリゴンミラー３２の厚みであって図３のＴに相当し、組立前の厚みは、ポリゴンミラー３２の厚みＴ1とフランジ部材３１の厚みＴ2を組立前に各々単独で測定して合計した値である。
【００４３】
ランニング振動値の変化量は、実験開始直後の水平方向の振動値と、ポリゴンミラー３４を５５，０００ｒｐｍで３，６００時間回転させたときの水平方向の振動値の差である。
【００４４】
表１によれば、実験１，２において、ポリゴンミラー３２の反射面３２ａの平面性に差はないが、ランニング振動値の変化量に大きな差が生じ、ハンドプレス５１を用いて板バネ３４の押圧力より強い力で予めポリゴンミラー３２をフランジ部材３１に押圧することにより、耐久性が増すことが分かる。
【００４５】
また、フランジ部材３１の保持面３１ｃにブラスト処理を施さずに、保持面３１ｃとポリゴンミラー３２の被保持面３２ｂとの間に接着剤を塗布して接着層を設け、その後、ハンドプレス５１によってポリゴンミラーを５５をフランジ部材３１に押圧するようにしてもよい。
【００４６】
このようにしたときの実験データを表２に示す。
【００４７】
【表２】
2005121692.tif 000004
【００４８】
表２において、反射面の平面性は、６面の反射面のうち最も悪い面の値であり、λは６３３ｎｍである。
【００４９】
接着剤はセメダインスーパーＸを用いた。
【００５０】
接着剤の厚みは、組み立てて接着剤が硬化した後に測定したフランジ部材３１とポリゴンミラー３２の厚み（図３のＴに相当する）と、組立前のポリゴンミラー３２の厚み（図３のＴ1に相当する）とフランジ部材３１の厚み（Ｔ2に相当する）を各々単独で測定して合計した値との差である。
【００５１】
ランニング振動値の変化量は、実験開始直後の水平方向の振動値と、ポリゴンミラーを５５，０００ｒｐｍで３，６００時間回転させたときの水平方向の振動値の差である。
【００５２】
表２によれば、実験１〜３において、ポリゴンミラー３２の反射面３２ａの平面性に差はないが、実験４の如く板バネ３４の押圧力を増すと反射面３２ａの平面性が悪化することが分かる。なお、反射面３２ａの平面性はλ／４より良い必要がある。
【００５３】
また、実験１と実験２，３とにはランニング振動値の変化量に大きな差が生じ、ハンドプレス５１を用いて板バネ３４の押圧力より強い力で予めポリゴンミラー３２をフランジ部材３１に押圧することにより、耐久性が増すことが分かる。なお、実験４は平面性が悪いので、ランニング振動を行わなかった。
【００５４】
更に、実験２，３では接着剤の膜厚が薄くなるので、接着剤のクリープ現象によるポリゴンミラーのずれがより小さくなる。
【００５５】
その他に、フランジ部材３１の保持面３１ｃを粗面加工すると共に、保持面３１ｃと被保持面３２ｂとの間に接着剤を塗布してもよい。このようにすることで、各部材の表面の凹凸の食い込みと、僅かな空隙の接着固定により、耐久性が更に増すことになる。
【００５６】
なお、本発明における光偏光装置は必ずしも図２及び図３に示した形態である必要はなく、図５に示す如き形態であってもよい。
【００５７】
図５においては、ポリゴンミラー８２が、内径の端部がフランジ部材８１の円筒部８１ｂに係着した板バネ８４によってフランジ部材８１に押圧されている。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】光偏光装置を有するビーム走査光学装置の図である。
【図２】光偏光装置の縦断面図である。
【図３】ミラーユニットの拡大図である。
【図４】ハンドプレスの側面図である。
【図５】光偏光装置の他の形態の図である。
【図６】従来の光偏光装置の図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  光偏光装置
１ａ，３２，７２，８２  ポリゴンミラー
３０  ミラーユニット
３１，７１，８１  フランジ部材
３１ｃ，７１ｃ  保持面
３２ａ，７２ａ  反射面
３２ｂ，７２ｂ  被保持面
３３，７３  外筒軸受
３４，７４，８４  板バネ
５１  ハンドプレス
【図１】
2005121692.tif 000005
【図２】
2005121692.tif 000006
【図３】
2005121692.tif 000007
【図４】
2005121692.tif 000008
【図５】
2005121692.tif 000009
【図６】
2005121692.tif 000010